CN102130091B - 一种用于集成电路芯片的复合通孔互连结构 - Google Patents
一种用于集成电路芯片的复合通孔互连结构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102130091B CN102130091B CN 201010593270 CN201010593270A CN102130091B CN 102130091 B CN102130091 B CN 102130091B CN 201010593270 CN201010593270 CN 201010593270 CN 201010593270 A CN201010593270 A CN 201010593270A CN 102130091 B CN102130091 B CN 102130091B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- hole
- carbon nano
- conductive layer
- composite
- tube
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Abstract
一种用于集成电路芯片的复合通孔互连结构，包括第一导电层、第二导电层、碳纳米管束和填充的导电金属，第一导电层和第二导电层之间设有垂直通孔，碳纳米管束位于垂直通孔内且与第一导电层垂直，导电金属为填充碳纳米管内的空隙和通孔内碳纳米管之间的间隙。本发明中的优点：用高束密度的碳纳米管束填充通孔，能明显提高导电能力；用导电金属填充通孔内的其余空隙，在提高通孔导电性的同时，还可以固定通孔中的碳纳米管使其具有长期稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路互连工艺技术领域，特别是一种用于集成电路芯片的复合通孔互连结构及其制备方法。
背景技术
随着微电子产业的飞速发展，半导体器件的特征尺寸不断减小，其金属导线上通过的电流密度急剧上升。传统的半导体工艺是主要采用铝或铜作为金属互连材料，线宽的减小，铜比铝有更好的电导率和抗电迁移能力，目前铜互连占主导地位。由于特征尺寸进一步减少，晶粒边界散射和表面粗糙造成铜互连线的电阻增大，并且电迁移现象越来越明显，其主导地位也面临着严峻的考验。让人欣喜的是，碳纳米管具有优良的导电性能，其中的电子是以弹道的形式进行运输传递的(长度仅限于几微米之内)，电子在其中移动根本不会受阻或者发散，故其电阻可以忽略，而且碳纳米管不会发生电迁移现象。由碳纳米管和铜构成的复合材料也已经显示出比单独的铜具有更高的电导率和更高的电迁移阻力。
德国Infineon在6inch晶圆上生长CNT，并在通孔中进行CNT填充生长，表明填充密度不及3％，并指出工作挑战在于提高CNT束密度及互连接触特性。美国IBM公司的专利：利用碳纳米管复合互连通路的集成电路芯片(CN 1926680A)中的复合通孔互连结构，以减小碳纳米管形成的密度来填充铜。碳纳米管是石墨烯卷曲形成的圆柱状结构，具有典型的层状中空结构特征，直径一般为2～20nm，根本目前先进的集成电路工艺，通孔尺寸一般为几十纳米；目前碳纳米管的生长过程中，金属性和半导体性的碳纳米管同时产生，而在互连中只有金属性的碳纳米管具有良好的导电性。填充密度减小，通孔互连利用碳纳米管形成的导电通路承载电流的密度也将减小。而碳纳米易弯曲，其生长后的垂直结构的维持也是急需解决的问题。
因此采用尽可能多个的碳纳米管填充通孔，能明显提高导电能力，用导电金属填充通孔内的其余空隙，固定碳纳米管使其具有长期稳定性。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术分析，提供一种用于集成电路芯片的复合通孔互连结构及其制备方法，这种结构能够减小通孔互连电阻，提高承载电流的密度。
本发明的技术方案：
一种用于集成电路芯片的复合通孔互连结构，包括第一导电层、第二导电层、碳纳米管束和填充的导电金属，第一导电层和第二导电层之间设有垂直通孔，碳纳米管束位于垂直通孔内且与第一导电层垂直，导电金属为填充碳纳米管内的空隙和通孔内碳纳米管之间的间隙。
所述第一导电层和第二导电层均为Cu、Al、Au、Pt、Pd、Rh、Ru、Os、Ag、Ir、Ti和W中的一种或两种以上任意比例的金属合金。
所述碳纳米管束为束密度为(1000-8000)μm-2的多壁碳纳米管束、束密度为(2000-10000)μm-2的单壁碳纳米管束或束密度为(1000-10000)μm-2的由单壁和多壁碳纳米管以任意比例混合的碳纳米管束。
所述导电金属为Cu、Al、Au、Pt、Pd、Rh、Ru、Os、Ag、Ir、Ti和W中的一种或两种以上任意比例的金属合金。
一种所述用于集成电路芯片的复合通孔互连结构的制备方法，步骤如下：
1)在衬底上沉积下电介质层，在下电介质层上制备第一导电层；
2)在第一导电层上沉积一层催化剂；
3)在催化剂层上沉积上电介质层，然后对其进行刻蚀直至露出催化剂层，形成用于生长碳纳米管且垂直于第一导电层的通孔结构；
4)在催化剂层上生长由碳纳米管构成的碳纳米管束且生长的碳米管垂直于第一导电层；
5)用导电金属填充碳纳米管内的空隙及通孔内碳纳米管之间的间隙；
6)在碳纳米管束顶端沉积一层金属形成第二导电层。
所述催化剂为Ni、Fe、Co、Pt、Mo、W、Y、Au和Pd中的一种或两种以上任意比例的金属合金。
所述上电介质层和下电介质层为氧化硅、氮化硅、氟硅酸盐、氟硅、氮化钛、SiCOH、掺氟氧化硅、掺碳氧化硅、有机硅化物、聚对二甲苯或聚酰亚胺。
所述导电金属的填充方法为电镀法、电子束沉积法、原子层沉积法、磁溅射法或离子束溅射法。
本发明中的优点：用高束密度的碳纳米管束填充通孔，能明显提高导电能力；用导电金属填充通孔内的其余空隙，在提高通孔导电性的同时，还可以固定通孔中的碳纳米管使其具有长期稳定性。
附图说明
图1是本发明所述复合通孔互连结构的示意图。
图2是所述实施例的工艺流程图。
具体实施方式
现在将参照实施例的附图对本发明进行详细的说明。
实施例：在硅衬底上沉积基本均匀的SiO2形成下电介质层。根据所需第一导电层铜的图案利用光致抗蚀剂图像光刻构图所沉积电介质的上表面，通过反应离子蚀刻去除未掩模化的电介质部分以产生第一导电层槽的图案。
在下电介质层的整个上表面包括槽内沉积TiN/Ti阻挡层，TiN是第一层，Ti为第二层，然后再沉积第一导电层铜。全部三层通过原子层沉积物理气相沉积工艺沉积。TiN/Ti层可以防止铜迁移到电介质层中并改善粘附性。
通过化学机械抛光(Chemical mechanical planarization，CMP)去除除了槽以外的铜剩余层和阻挡层，然后可通过反应离子蚀刻第一导电层槽。在CMP中使用对铜有选择性的蚀刻剂，使铜比电介质层更快地被去除，在槽内留下浅槽。然后在下电介质层包括槽上用离子束溅射3nm厚的铁催化剂层。用化学机械抛光去除下电介质层上表面的催化剂层，仅在浅槽中留有催化剂层。在抛光的下电介质层上沉积氮化硅阻挡层，接着沉积SiO2作为上电介质层，使用合适的光致抗蚀剂光刻构图，通过反应离子蚀刻去除上电介质层中的未被掩膜的部分，形成用于填充导电金属铜不包括通孔的凹槽。再用光致抗蚀剂构图，通孔结构上方未被掩膜，用反应离子蚀刻去除通孔内SiO2和下面的阻挡层，以形成通孔结构，通孔延深至催化剂层。去除上电介质层上方的光致抗蚀剂。
铁在适当工艺条件下催化碳纳米管形成，可得到较高束密度的碳纳米管。在等子体增强化学气相沉积系统中，反应器内C2H2和H2的气体混合物，在约400-700℃的温度下维持2-10分钟，将催化裂解形成碳纳米管。C2H2和H2的比例约在1∶2-1∶4的范围内。选用铜填充通孔，在暴露的表面上用原子层沉积法沉积阻挡层和铜籽晶层，用铜电镀工艺将铜填充在通孔及其上面的凹槽内，形成铜填充结构，同时第二导电层的沉积也在这一步中完成了。第二导电层后，需用化学机械抛光去除多余的第二导电层和过长的碳纳米管。以此往上可构建第三导电层等。其形成的复合通孔结构的导电能力大于铜结构。
上述实施例，具体阐述了本发明所提供的用高束密度碳纳米管和金属复合填充通孔的方法，但本领域技术人员应认识到，在所附权利要求的范围内可以作出形式和细节上的各种变型，其制备方法不限于实施例中所公开的内容。
Claims (1)
1.一种用于集成电路芯片的复合通孔互连结构，包括第一导电层、第二导电层、碳纳米管束和填充的导电金属，第一导电层和第二导电层之间设有垂直通孔，碳纳米管束位于垂直通孔内且与第一导电层垂直，导电金属为填充碳纳米管内的空隙和通孔内碳纳米管之间的间隙，所述第一导电层和第二导电层均为Cu、Al、Au、Pt、Pd、Rh、Ru、Os、Ag、Ir、Ti和W中的一种或两种以上任意比例的金属合金，其特征在于：所述碳纳米管束为束密度为1000-8000μm-2的多壁碳纳米管束、束密度为2000-10000μm-2的单壁碳纳米管束或束密度为1000-10000μm-2的由单壁和多壁碳纳米管以任意比例混合的碳纳米管束。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201010593270 CN102130091B (zh) | 2010-12-17 | 2010-12-17 | 一种用于集成电路芯片的复合通孔互连结构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201010593270 CN102130091B (zh) | 2010-12-17 | 2010-12-17 | 一种用于集成电路芯片的复合通孔互连结构 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102130091A CN102130091A (zh) | 2011-07-20 |
| CN102130091B true CN102130091B (zh) | 2013-03-13 |
Family
ID=44268102
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 201010593270 Expired - Fee Related CN102130091B (zh) | 2010-12-17 | 2010-12-17 | 一种用于集成电路芯片的复合通孔互连结构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102130091B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102569181B (zh) * | 2011-12-15 | 2013-11-06 | 中国科学院微电子研究所 | 一种碳纳米管束垂直互连的制作方法 |
| CN102881651B (zh) * | 2012-10-25 | 2015-10-28 | 天津理工大学 | 一种改善碳纳米管互连电特性的方法 |
| CN105448811B (zh) * | 2014-06-26 | 2018-06-15 | 无锡华润上华科技有限公司 | 双铝工艺 |
| CN105304611B (zh) * | 2015-12-01 | 2018-06-22 | 北京理工大学 | 一种铜纳米管垂直互连结构及其制作方法 |
| CN106847790A (zh) * | 2017-01-17 | 2017-06-13 | 华南理工大学 | 一种集成碳纳米管和石墨烯的互连结构及其制造方法 |
| CN114267633A (zh) * | 2021-06-02 | 2022-04-01 | 青岛昇瑞光电科技有限公司 | 基于碳纳米管的互连结构及制备方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1926680A (zh) * | 2004-02-26 | 2007-03-07 | 国际商业机器公司 | 利用碳纳米管复合互连通路的集成电路芯片 |
| CN101101903A (zh) * | 2006-07-04 | 2008-01-09 | 三星Sdi株式会社 | 半导体器件利用碳纳米管的层间布线及其制造方法 |
| CN101276780A (zh) * | 2007-03-30 | 2008-10-01 | 富士通株式会社 | 电子器件及其制造方法 |
| CN101276802A (zh) * | 2007-03-29 | 2008-10-01 | 富士通株式会社 | 布线结构及其形成方法 |
| CN101304019A (zh) * | 2007-01-12 | 2008-11-12 | 三星电子株式会社 | 集成电路装置及其形成方法 |
-
2010
- 2010-12-17 CN CN 201010593270 patent/CN102130091B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1926680A (zh) * | 2004-02-26 | 2007-03-07 | 国际商业机器公司 | 利用碳纳米管复合互连通路的集成电路芯片 |
| CN101101903A (zh) * | 2006-07-04 | 2008-01-09 | 三星Sdi株式会社 | 半导体器件利用碳纳米管的层间布线及其制造方法 |
| CN101304019A (zh) * | 2007-01-12 | 2008-11-12 | 三星电子株式会社 | 集成电路装置及其形成方法 |
| CN101276802A (zh) * | 2007-03-29 | 2008-10-01 | 富士通株式会社 | 布线结构及其形成方法 |
| CN101276780A (zh) * | 2007-03-30 | 2008-10-01 | 富士通株式会社 | 电子器件及其制造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102130091A (zh) | 2011-07-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102130091B (zh) | 一种用于集成电路芯片的复合通孔互连结构 | |
| CN105206561B (zh) | 互连结构的形成方法和半导体结构 | |
| JP5526457B2 (ja) | 炭素細長構造束状体、その製造方法および電子素子 | |
| CN101506955B (zh) | 用于金属互连的电介质间隔体及其形成方法 | |
| JP4683188B2 (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
| JP5550515B2 (ja) | グラフェン配線およびその製造方法 | |
| TWI461349B (zh) | Carbon nanotube wiring and its manufacturing method | |
| US9484302B2 (en) | Semiconductor devices and methods of manufacture thereof | |
| JP5009511B2 (ja) | 電気的接続構造、その製造方法および半導体集積回路装置 | |
| EP1975999A1 (en) | Electronic device and method of manufacturing the same | |
| JP2011023420A (ja) | 半導体装置 | |
| US20090266590A1 (en) | Interconnect structure and method for fabricating the same | |
| JP5414987B2 (ja) | カーボンナノチューブに基づく層間配線要素 | |
| JP5583237B1 (ja) | グラフェン配線とその製造方法 | |
| JP4208668B2 (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
| Chiodarelli et al. | Integration of vertical carbon nanotube bundles for interconnects | |
| US20080038918A1 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
| CN102881651B (zh) | 一种改善碳纳米管互连电特性的方法 | |
| CN102130040A (zh) | 一种形成碳纳米管通孔互连金属化接触的方法 | |
| JP5701920B2 (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
| KR101721060B1 (ko) | 적어도 2개의 다른 방향을 따라 확장하는 전기 커넥션들을 포함하는 전자 장치 및 이를 형성하는 방법 | |
| JP5233125B2 (ja) | 半導体装置 | |
| US8461037B2 (en) | Method for fabricating interconnections with carbon nanotubes | |
| CN101562148B (zh) | 一种用碳纳米管实现上下两层导电材料垂直互连的方法 | |
| Lee et al. | Carbon nanotube interconnection and its electrical properties for semiconductor applications |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: SHANXI SENDAYUAN TECHNOLOGY CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: TIANJIN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Effective date: 20140702 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 300384 NANKAI, TIANJIN TO: 030006 TAIYUAN, SHAANXI PROVINCE |
|
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20140702 Address after: 030006 No. 1, Asia street, Taiyuan hi tech Development Zone, Shanxi Patentee after: SHANXI SENDAYUAN TECHNOLOGY CO., LTD. Address before: 300384 Nankai District Hongqi South Road extension of the main campus of Tianjin University of Technology, Patentee before: Tianjin University of Technology |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130313 Termination date: 20141217 |
|
| EXPY | Termination of patent right or utility model |